Estimating groundwater recharge rates in the southeastern Holstein region, northern Germany

In the southeastern Holstein region, located to the east of the metropolitan zone of Hamburg, northern Germany, a groundwater investigation program was conducted from 1984 to 2000 by the State Agency for Nature and Environment (Landesamt für Natur und Umwelt, LANU) of Schleswig-Holstein, Germany, with the aim of providing long-term, ecologically acceptable groundwater management plans for the region. The focal point of the investigation comprised the determination of groundwater recharge rates. The investigation method was based on the transfer of available lysimeter results from other regions to comparable regions within the area studied. With the help of lysimeter equations, potential amounts of percolation water were calculated. The groundwater recharge rate was then determined after subtraction of the surface runoff which was calculated for the entire area. All computations were performed with a spreadsheet program. Groundwater recharge rates were calculated for two areas. One consisted of roughly determining groundwater recharge rates for the total region (1,392 km²) of southeastern Holstein. The overall goal of these investigations was to identify potential areas of water exploitation. Areas in which groundwater recharge rates are high and groundwater outflow is low are particularly suited to water exploitation, since inflow rates into deeper aquifers are high. These areas are located on the flanks of the Elbe and Stecknitz River valleys. Subsurface groundwater runoff to these lowlands would be reduced through groundwater withdrawal. However, the resulting decline in shallow groundwater tables would be so small that it would have no detrimental ecological effects. Groundwater recharge rates were also calculated for a 110-km² area in the outskirts of Hamburg (Grosshansdorf model area) which is intensively developed for water supply. These investigations showed that the amount of groundwater recharge is already being withdrawn to a large extent. Approximately 65% of the recharge rate is currently withdrawn by the waterworks in this area, thus making further increases in exploitation rates unjustifiable from an ecological point of view. Electronic Publication     

Die Schlickgebiete der Deutschen Bucht und die Beziehungen zwischen Strömung und Sediment

Zusammenfassung Fassen wir zum Schluß die Ergebnisse unserer Betrachtungen zusammen, die im einzelnen keine Vollständigkeit erstrebt haben, sondern nur die Möglichkeiten aufzeigen wollten, wie die sedimentbeeinflussenden Strömungen verändert und wie ihre Wirkungen überdeckt werden können. Sie sind starken Beeinflussungen durch Hindernisse unterworfen, so daß sie sich örtlich ändern können und damit auch einen Wechsel in den Sedimenten bedingen. Die Beziehungen zwischen Strömung und Sediment können erst dann erwartet werden, wenn die Zeit der Wechselwirkung ausgereicht hat, um das Gleichgewicht herzustellen. Eine weitere Voraussetzung ist das Material, das durch seine Korngrößen in der Lage sein muß, die Strömungsgeschwindigkeiten eindeutig abzubilden. Das bezieht sich sowohl auf das zurückbleibende Sediment wie auf die bewegten Sinkstoffe. Abweichungen von der normalen Transportkraft der Strömungen werden durch das Relief in auf- und absteigenden Strömen und durch die Wassereigenschaften in verschieden dichten Wasserarten gefunden. Weitere, mehr willkürliche Verfälschungen gehen von den Organismen aus.Verschleierungen durch andere Einflüsse sind also bei den Beziehungen zwischen Strömung und Sediment möglich, dennoch sind die Beziehungen überall vorhanden, und die Strömungen sind, allgemein gesprochen, der stärkste Faktor bei der Gestaltung der Ablagerungen.24. Beitrag: Annalen der Hydrographie usw., 1934.     

Stratigraphische Methodik und Terminologie

Zusammenfassung Als Einführung in das Verhandlungsthema der Jahrestagung wird ein Überblick über die Grundlagen der Zeitrechnung in der Geologie und über die gegenwärtigen Tendenzen der Stratigraphie gegeben. Gegenüber den amerikanischen Bestrebungen, die Einheit der Stratigraphie aufzusplittern in zahlreiche Spezial-disziplinen mit eigenen Begriffs-Hierarchien und einer Unzahl von Namen, sucht Verf. mit einem Mindestmaß unbedingt erforderlicher Kategorien auszukommen.Da absolute Altersbestimmungen in der praktischen Stratigraphie leider nur beschränkt anwendbar sind, besteht ihr Kernstück in der Biostratigraphie. Sie, und zwar sie allein, erfüllt die zu stellenden Anforderungen weltweiter Anwend-barkeit und der Lieferung zuverlässiger relativer Zeitwerte. Die sogenannte Chronostratigraphie ist mit ihr zusammenzufassen, da sie nicht über eine logische Begründung und eine eigene Methodik verfügt. Die Lithostratigraphie liefert lediglich den Rohstoff für eine stratigraphische, d. h. zeitliche Ordnung und Datierung der Gesteine. Sie ist selbst keine Stratigraphie im engeren Sinne, da sie den Zeitfaktor definitionsgemäß außer Betracht läßt. Chronologie ist eine logisch selbständige Kategorie; sie hat es nicht mit konkreten Gesteinen, sondern mit rein zeitlichen Abstraktionen zu tun. Eine besondere Klasse von Begriffen für ihre Einheiten wird nicht für notwendig gehalten. Die übrigen Stratigraphien sind der Biostratigraphie ein- und unterzuordnen oder aus der eigentlichen Stratigraphie auszuscheiden.     

Bemerkungen über den Einfluss der Verwitterungsschicht auf das Spektrum seismischer Wellen

Zusammenfassung In Fortfühung einer früheren Arbeit der Autoren werden einige weitere theoretische Untersuchungen skizziert, bei denen die elastischen Eigenschaften der Verwitterungschicht geeignet abgeändert sind. Bei Anregung der Schicht durch einen momentanen Impuls (Nadelimpuls) ergibt sich, daß die Frequenz der seismischen Welle nicht durch den Gradienten der Geschwindigkeit, sondern durch den Gradienten des Schallwiderstandes bestimmt wird.

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Summary Continuating an earlier paper the authors present some further theoretical investigations on the influence of the weathering layer; the assumptions with regard to the elastic nature of the layer are properly modified. The result is as follows: If the layer is acted on by a momentary pulse (needle pulse) then the frequency of the seismic wave is determined by the gradient of the acoustical resistance, not by the gradient of the velocity of propagation.

     

Tectonics and volcanism along the Pacific Marginal Zone of Central America

The relation of volcanism to tectonics in the Central American region has been established by a review of the literature as well as by field and photogeological work of the authors. The association of a deep trench off the Pacific coast, a parallel seismic belt, and a similarly oriented chain of volcanic vents farther inland, has been recognized by numerous earlier workers. These features form a tectonic unit, and are here termed the Pacific marginal zone.Seismic foci on the northeastern edge of the southern part of the Middle American Trench define a fault zone which dips under the continent and suggests movement of the oceanic plate underneath the Central American continent.An impressive chain of volcanic cones and associated shallow seismic foci is aligned along a prominent graben, best developed in Nicaragua where it is known as the Nicaraguan Depression. This feature probably originated in late Tertiary time. The southeastern end of the graben terminates at the northern ranges of the Talamanca Cordillera in Costa Rica. At the Gulf of Fonseca the trend of the graben changes from NW to E-W; the graben continues as the Central Depression of El Salvador at a higher elevation. Only the fault of the seaward border of the graben is defined in Guatemala, where it is represented by a NW trending volcanic chain.In Nicaragua and El Salvador the oldest cones are situated on the north-eastern boundary fault zone of the graben. These include remnants of the largest volcanic structures of the region. All the active volcanoes are on the southwestern boundary fault belt. Cross fracturing of this fault system controlled later northerly trending cone alignments, often with the youngest cones on the south end.The main graben and associated faults are considered results of tensional stresses on the crest of geanticlinal arching on the landward side of the Middle American Trench. This arching is believed to be due to regional compression originated by the movement of the oceanic plate against the mainland.In northwestern Central America the youngest stresses produced N-S normal faults that are marked by well-defined scarps. These stresses may be the result of right-lateral motion along the underthrust fault zone. The complex Comayagua graben north of the Gulf of Fonseca, the Ipala graben and associated faults in southeastern Guatemala, and the Guatemala City graben are all north-south features illustrating the extent and youth of this structural trend.The distribution of volcanic vents along the Nicaraguan Depression and the N-S trends underscores the close tectonic control of volcanism.

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Zusammenfassung Der Zusammenhang zwischen Tektonik und Vulkanismus im mittelamerikanischen Raum wird aufgezeigt aufgrund einer Literaturdurchsicht und feldgeologischer Arbeiten der Verfasser. Die Beziehungen zwischen einem Tiefseegraben vor der pazifischen Küste, einem dem Festland parallelen seismischen Gürtel und einer ebenso orientierten Vulkankette weiter im Inland sind von früheren Bearbeitern bereits erkannt worden. Diese drei Einheiten werden hier zusammengefaßt und als pazifische Randzone bezeichnet.Erdbebenherde am Nordostrand des mittelamerikanischen Tiefseegrabens weisen auf eine Störungszone hin, die unter den Kontinent einfällt. Der Bewegungssinn spricht für ein Abtauchen der ozeanischen Platte unter das mittelamerikanische Festland.Eine eindrucksvolle Vulkankette und die mit ihr verbundenen Erdbebenherde sind längs eines bedeutenden Grabens aufgereiht, der in Nicaragua am deutlichsten ausgebildet ist und dort Nicaragua-Senke genannt wird. Diese tektonische Einheit entstand wahrscheinlich im Jung-Tertiär. Der Graben beginnt im Südosten an den nördlichen Ausläufern der Talamanca-Kordillere in Costa Rica.In Nicaragua verläuft er NW. Am Golf von Fonseca schwenkt er in eine E-W-Richtung und setzt sich in El Salvador in einem höheren Niveau als Zentral-Depression fort. In Guatemala ist nur der Südrand des Grabens erkennbar. Er ist gekennzeichnet durch eine in NW-Richtung aufgereihte Vulkankette. In Nicaragua und El Salvador liegen die ältesten Vulkane auf dem nordöstlichen Grenzbruch des Grabens. Zu dieser Gruppe zählen die größten Rumpfvulkane. Die meisten Kegel und alle tätigen Vulkane liegen hingegen auf dem südwestlichen Grenzbruchstreifen. Auf Querbrüchen haben sich jüngere, nördlich ausgerichtete Kegelreihen gebildet. Die jüngsten Kegel liegen meistens am südlichen Ende der Querbrüche.Es wird angenommen, daß der Hauptgraben und seine Störungen im Scheitel einer zum mittelamerikanischen Tiefseegraben parallel verlaufenden Aufwölbung entstanden sind. Die Aufwölbung kann auf Kompression der ozeanischen Platte gegen das Festland zurückgeführt werden.Im nordwestlichen Zentralamerika bewirkten jüngere Beanspruchungen die Bildung von N-S-Brüchen, die heute morphologisch als Steilkanten hervortreten. Diese Beanspruchungen können durch rechtslaterale Bewegungen entlang der pazifischen Störungszone ausgelöst worden sein. Beispiele dieser N-S-Struktur sind: Die Comayagua-Grabenzone, nördlich des Golfs von Fonseca, der Ipala-Graben und sein Störungssystem in Südost-Guatemala und der Guatemala-Stadt-Graben. Diese N-S-Störungen kennzeichnen das Ausmaß und das geringe Alter der Grabenbildung.Die Anordnung der Vulkane entlang der Nicaragua-Senke und der N-S-Brüche stellen die engen Beziehungen zwischen Tektonik und Vulkanismus in der pazifischen Randzone Mittelamerikas heraus.

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Resumen Mediante información tomada de la literatura, trabajos de campo e interpretation fotogeológica, se establece la relación entre el volcanismo y la tectónica en la región de América Central. Se usa la denominación de zona marginal del Pacífico para identificar, como una unidad, la asociación ya reconocida por otros autores de la profunda Fosa Mesoamericana frente a la costa del Pacífico de America Central y las franjas paralelas de actividad sísmica y de cadenas volcánicas.Los focos sísmicos en el borde nororiental de la Fosa Mesoamericana definen una gran zona de afallamiento inclinada hacia el continente, cuyos movimientos indican que un bloque de la corteza oceánica se sumerge bajo la porción continental de America Central.Una imponente serie de conos volcánicos, asociada a focos sísmicos poco profundos, está situada a lo largo de un gran graben conocido como Depresión de Nicaragua, por ser en ese país donde aparece más claramente definido. Este graben, que posiblemente se originó durante el Terciario tardío, termina en su extremo suroriental contra las estribaciones de la parte norte de la Cordillera de Talamanca, en Costa Rica. En Nicaragua el graben está orientado hacia el NW hasta el Golfo de Fonseca donde toma un rumbo E-W a través de El Salvador, donde se encuentra a mayor elevación. En Guatemala se conoce únicamente una línea de fallas, la más próxima al mar, definida por una cadena de volcanes que tiene nuevamente dirección NW.En Nicaragua y El Salvador los conos volcánicos más antiguos están situados a lo largo de las fallas que limitan al graben en su lado nororiental. Allí se encuentran las ruinas de los edificos volcánicos más grandes de la región. La mayoría de los conos que incluye todos los actualmente activos, se localizan a lo largo de las fallas del borde suroccidental del graben. Fracturas transversales controlan la localization de varios grupos de conos alineados de N-S. Los volcanes más jóvenes se encuentran frecuentemente en el extremo sur.Se postula que el graben principal y otras fallas del mismo sistema han sido formados como resultado de esfuerzos de tensión, en la cresta de un geanticlinal que resultó del arqueamiento del lado terrestre de la zona marginal del Pacífico. Dicho arqueamiento se cree que resulta de la compresión regional debida al movimiento del bloque oceánico contra el continente.En la parte noroccidental de América Central los esfuerzos más recientes produjeron fallas orientadas N-S, fácilmente identificables por sus bien marcadas escarpas. Estos esfuerzos pueden haber resultado del desplazamiento dextromóvil a lo largo de las zonas de afallamiento paralelas a la Fosa Mesoamericana.El complejo graben de Comayagua, al norte del Golfo de Fonseca, y los graben de Ipala y de la Ciudad de Guatemala, orientados también de norte a sur, ilustran la extension y la joven edad de las fracturas.La distribución de los focos volcánicos a lo largo de la Depresión de Nicaragua y de las fracturas N-S muestran de manera evidente, la estrecha relación que existe entre la tectónica y la localización del volcanismo en la zona marginal del Pacifico de America Central.

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, - . - , . . , , . , , - . - Talamanca Kordillere -. - - . Fanseca . . , , . - . . . , . . - N-S , . . : Comayagua, Fanseca, Ipala - . - . , .

     

Zur permischen Vereisung der Salt Range (W.-Pakistan)

Zusammenfassung Die unterpermischen Geröll-Packungen der östlichen Salt Range führen fazettierte und geschrammte Geschiebe unzweifelhaft glazialer Entstehung, die zusammen mit anderen Hinweisen eine Deutung der Boulder Beds als fluviatile Konglomerate (nachLotze) nicht überzeugend erscheinen lassen. Die ausgezeichnete Erhaltung der Schrammung schließt zum mindesten einen längeren Flußtransport aus. Das vereiste Gebiet muß sich daher in der Salt Range selbst oder in seiner unmittelbaren Nachbarschaft befunden haben.

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The Lower Permian boulder beds of the eastern Salt Range contain facetted and scratched boulders of unquestionably glacial origin. Their excellent preservation seems to tell in favour of a glacial tillite rather than of a fluviatile conglomerate, as supposed by F.Lotze. At least a fluvial transport of the glacial boulders over a longer distance is to be excluded. The Salt Range itself or its immediate surroundings must have been covered by the Permian glaciers.

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Résumé Les boulder beds du Permien inférieur de la Salt Range orientale contiennent des galets nettement facettés et striés d'origine glaciale. Leur préservation excellente exclut un long transport fluviatile. Par conséquent la Salt Range elle-même ou ses environs immédiats doivent avoir été couverts de glaciers permiens.

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Die vorstehenden Zeilen sind nicht als Selbstverteidigung, sondern in dem Wunsche geschrieben, den von Tübingen ausgegangenen Arbeiten E.Kokens und denen F.Noetlings, der in seinen späteren Jahren gleichfalls in Tübingen wirkte, zur Anerkennung zu verhelfen. Herrn Koll. G.Einsele danke ich verbindlichst für die Durchmusterung der von den abgebildeten Geschieben angefertigten Dünnschliffe. Unsere Bild-Erläuterungen beruhen auf seinen Bestimmungen.     

Compositions,sources and depositional environments of organic matter from the Middle Jurassic clays of Poland

The comprehensive biomarker characteristics from previously undescribed Middle Jurassic clays of Poland are presented. The molecular composition of the organic matter (OM) derived from clays of Aalenian to Callovian age has not changed significantly through time. High relative concentrations of many biomarkers typical for terrestrial material suggest a distinct dominance of OM derived from land plants. Increasing concentrations of C₂₉-diaster-13(17)-enes towards the northern part of the basin indicate an increase in terrestrial input. This terrestrial material would have originated from the enhanced transport of organic matter from land situated at the northern bank of the basin, i.e., the Fennoscandian Shield. The organic matter was deposited in an oxic to suboxic environment, as indicated by relatively low concentrations of C₃₃–C₃₅ homohopanes, moderate to high Pr/Ph ratio values, an absence of compounds characteristic for anoxia and water column stratification, such as isorenieratane, aryl isoprenoids and gammacerane, as well as common benthic fauna and burrows. δ¹⁸O measurements from calcitic rostra of belemnites suggest that the mean value of the Middle Jurassic sea-water temperature of the Polish Basin was 13.1 °C. It is suggested that this mirrored the temperature of the lower water column because belemnites are considered here to be necto-benthic. The organic matter from the Middle Jurassic basin of Poland is immature. This is clearly indicated by a large concentration of biomarkers with the biogenic configurations, such as ββ-hopanes, hop-13(18)-enes, hop-17(21)-enes, diasterenes and sterenes. The identification of preserved, unaltered biomolecules like ferruginol, 6,7-dehydroferruginol and sugiol in Protopodocarpoxylon wood samples from these sediments present particularly strong evidence for the presence of immature OM in the Middle Jurassic sediments. Moreover, the occurrence of these polar diterpenoids is important due to the fact that they are definitely the oldest known natural products detected in geological samples.     

Climatic impacts of historical wetland drainage in Switzerland

The effects of historical land-use and land-cover changes on the climate of the Swiss Plateau in the different seasons were investigated. In the 19th century, a civil engineering project was initiated to reshape the lake and river system on the Swiss Plateau in order to ban the frequent flooding during extreme weather events. The landscape modifications consisted primarily of a conversion of wetlands with extended peat soils into a highly productive agricultural landscape. Historical maps (1800–1850) served as a basis for the reconstruction of the past land use. The “Lokal-Modell” of the Consortium for Small-Scale Modelling was used to conduct eight one-month long high-resolution simulations (1.5 × 1.5 km²) with present and past landscape conditions. The modified soil and surface properties led to distinctly altered energy and moisture exchanges at the surface and as a consequence affected the local and regional climate. The climatic changes show different characteristics and magnitudes in the cold (October – March) as compared to the warm season (April – September). The landscape modifications led to an average daytime cooling between −0.12 °C (January) and −0.61 °C (April) and a night-time warming of 0.19 °C−0.34 °C. The differences in the mean monthly temperatures show a warming of 0.1 °C−0.2 °C in the cold season and a cooling of similar magnitude in most of the study area in the warm season. The modification of the radiation budget and the surface energy balance distinctly affected the convective activity in the study area in the warm season, but had only a weak effect on convectivity in the cold season. The cloud coverage in the warm season is therefore distinctly reduced compared to the past.